基于电阻阵列的红外场景生成技术

针对红外成像制导半实物仿真试验的需求,研究了红外场景生成技术。主要通过对场景的建模、目标及场景的红外特性分析,开展了基于可见光图像调制生成红外图像技术的研究。同时对飞机、地面背景及红外诱饵干扰的建模技术进行了探讨,完善了红外场景的生成方法。利用该红外场景生成技术为基于电阻阵列的红外图像转换器提供输入信息,驱动电阻阵列产生红外辐射,经热像仪观测,生成的图像细腻、真实度高,为制导半实物仿真试验提供了更为逼真的红外仿真环境。     

天基光学平台下弹头与气球诱饵中段观测运动差异分析

为了解决弹道导弹在中段释放气球诱饵伴飞,以干扰天基光学防御系统对导弹目标进行精确跟踪识别的问题,基于弹头和气球诱饵质阻比的差异,利用美国NRLMSISE-00(Naval Research Laboratory Mass Spectrometer and Incoherent Scatter radar Exosphere,海军研究实验室质谱仪和非相干散射雷达大气经验性模型)对气球诱饵进行相应动力学分析,得出气球诱饵在弹道中段的大气阻力模型.然后给出了J2摄动下,气球诱饵经过阻力修正后较精确的中段运动模型,并将结论引入到天基光学平台中,进行观测仿真实验.结果表明,在200 km以上的高空,大气阻力对于弹头和气球诱饵的影响微弱,可忽略不计,在观测像平面中表现为一块难以区分的亮斑;而在100～200 km高度范围内,气球诱饵受大气阻力影响剧烈,在观测像平面内的运动与弹头存在较大差别,具有较强的可区分性.     

短波红外全天时自主天文导航技术展望

基于2微米全天巡天（2MASS）短波红外巡天点源星表,分别从白天可探测恒星分布、天空背景辐射与大气传输、传感器性能和光学系统视场大小等方面,分析了短波红外波段相对于可见光波段,在大气层内白天观星实现全天时天文导航的优势,并展望了其发展方向。     

一种基于天水线的红外舰船图像目标识别方法

针对海天背景下红外舰船目标的识别,提出了一种基于天水线的目标识别方法.利用被识别目标相对天水线的空间位置目标红外特征量和图像帧间信息识别目标,在强干扰环境下,利用该方法进行了仿真实验,得到了很好的效果.     

弹道中段目标质心位置估计

 质心在目标上的位置是弹道中段目标的重要进动特征,也是目标的质量分布特征,可用于识别弹头和诱饵.针对旋转对称目标,提出了基于窄带雷达回波相位特性的质心位置估计方法.首先,选取目标对称轴上的任意点作为质心位置参考点,定义相应的质心位置参数,并构造以该点为相位参考中心的全姿态散射系数模板;然后,对窄带雷达回波采样序列进行相位匹配变换,搜索匹配函数的最大值,从而得到质心位置参数的估计值.仿真结果表明了该方法的有效性.     

一种红外多传感器对中段弹道空间邻近目标的联合超分辨弹道估计方法

 分析红外焦平面(IR FRA)对中段弹道空间邻近目标(CSO)的成像特点,指出星载红外传感器为实现对空间邻近目标的跟踪必须对其进行超分辨。提出了一种中段弹道空间邻近目标联合超分辨与弹道估计新方法。该方法结合红外焦平面成像模型和中段弹道动力学模型,使得能够同时利用红外多传感器的多帧信息,基于最小二乘准则建立联合超分辨弹道估计目标函数,并分析选择各目标的起始状态参数作为模型参数。针对目标函数的高维非线性特点,推导最小化意义下等价的降维目标函数,采用量子粒子群优化算法最优化该降维目标函数直接求解模型参数,进而计算出各目标的弹道和辐射强度,实现中段弹道空间邻近目标的联合超分辨与弹道估计。仿真结果验证了该方法的有效性,且相比于传统的先单传感器单帧超分辨、然后多传感器多帧测角数据关联与滤波方法,新方法在避免数据关联复杂问题的同时,其弹道估计精度更高、分辨能力更强。     

基于增强现实的动态红外视景生成技术

动态红外视景生成是红外成像制导半实物仿真的关键技术,将基于增强现实的虚拟场景技术应用于动态红外视景生成过程中,可以较有效地提高生成的场景的真实感,减少自然背景模拟的复杂程度。针对红外场景的特殊性,描述了增强现实技术在红外视景仿真中的运用过程,为解决虚实结合的几何和辐射一致性问题,推导了红外热像仪几何和辐射度的标定。     

基金档案

[项目编号]20070112001[项目负责人]梁晓庚[依托单位]中国空空导弹研究院复杂背景下红外背景抑制与弱目标识别完成情况简介：本项目主要开展：1）利用目标的几何特性和表面材质计算其红外辐射,然后通过大气衰减和成像器模型得到目标在图像中灰度,最后与真实的红外背景叠加,获得红外弱小目标仿真图像。     

机动弹头攻防视景仿真系统研究

通过建立机动弹头大气层外动力学模型,利用Vega、Creator视景开发软件建立三维实体模型,在VC/MFC开发平台基础上,解决Simulink仿真模块与视景仿真模块数据交互问题。构建三台计算机联合仿真平台,真实模拟机动弹头攻防对抗过程,并设计开发了弹道导弹中段攻防对抗视景仿真系统。主要包括机动弹头动力学模型构建和弹道数据产生,数据通信交互程序设计,视景仿真程序设计和动态显示。     

基于目标与相关背景的多特征融合跟踪小目标

本文研究在红外图像序列中跟踪运动小目标的问题。考虑到小目标跟踪要求能够保证跟踪的目标在需要的视场内，同时受到跟踪平台转动的影响，背景在视场内处于时变状态，不能仅仅利用目标的时域轨迹连续性进行跟踪。因此，算法充分利用了目标与相关背景的分布、灰度、形状边界等信息，并加以融合。算法通过在实际包含随机目标的红外图像序列中的应用，它的有效性得到了证明。     

星点坐标辅助的全天区三角形星图识别算法

随着当前星敏感器视场（FOV）的增大,探测能力的提高,一帧图中拍摄到的恒星更多。但是受星敏感器光谱范围的限制及空间环境干扰影响,星等测试精度一般不高于0.2 mV。为了充分发挥当前星敏感器视场和探测能力的优势,并避免星等误差的影响,提高全天区星图识别算法在线应用的适用性,提出了一种星点坐标辅助的全天区三角形星图识别算法。该方法采用"全局初步搜索识别—局部精细匹配验证—最优结果选取"的算法思想。首先,根据星敏感器探测到的极限星等范围构建导航星表,选取亮星构建角距星表,既确保了星表的完备性,又有利于充分利用星敏感器的探测能力。然后,在三角形约束条件下进行角距匹配识别,得到一个或多个导航三角形,在该识别环节提出了非线性矢量法查找星表,既提高了定位精度,又能采用单精度数据类型降低存储空间。最后,提出局部天区星点坐标匹配算法进一步消除冗余匹配,同时又识别出视场内更多的观测星,有利于提高识别率和定姿精度。试验结果表明,与其他一些经典的星图识别算法相比,所提算法在识别率和星表容量方面更有优势。识别率可达99.9%,且随着星等的增加,存储容量增加的最少。所提算法更加适于大视场、高星等敏感范围的星敏感器在线应用。     

亮星辅助下基于坐标转换的快速星图识别方法

数字天顶仪作为一种地面使用的星敏感器，主要用于高精度定位。为提高仪器的工作效率需要对星图识别的快速性进行研究。通过对恒星像点理论坐标与图像坐标的分析，构建坐标转换模型。依据星表中恒星的分布及星等筛选出视场范围内的亮星，并构建导航星表。结合导航星表完成3颗亮星的准确识别，在识别亮星的基础上解算坐标转换模型的参数。通过构建的坐标转换模型对视场范围内的恒星进行坐标转换，将转换后的星点坐标与提取的星点图像坐标进行匹配完成星图的识别，这样能够提高星图识别的快速性。实验数据表明：在保证识别星点数量的基础上，采用亮星辅助下基于坐标转换的星图识别方法使时间缩短为改进三角形星图识别算法的五分之一。     

基于运动信息的视频图像空间目标检测

针对卫星拍摄的以深空为背景的视频图像中空间运动目标的检测问题进行了研究,提出了一种基于运动信息的目标检测算法。首先,通过均值滤波对图像进行降噪处理；然后,采用基于局部统计的可变阈值来分割单帧图像,使用灰度重心法计算像点坐标。当卫星凝视目标区域时,恒星可以认为是静止的,而目标依旧在运动,基于此,可检测出空间运动目标。基于某型卫星在轨拍摄的视频图像验证了算法的有效性。     

Rapid Star Tracking Algorithm for Star Sensor

A rapid star tracking algorithm is proposed. In order to speed up the tracking, three techniques includng parallel star centroiding, sorting, and star catalogue partition are designed for three time-consuming portions in tracking algorithms. The parallel star centroiding is implemented with Field Programmable Gate Array (FPGA) which avoid image storage and transmission. Update rate of star sensor is improved. Sorting star coordinates in star image plane, and then matching, which avoid matching between stars with a long distance in image plane. Star catalogue partition divides the celestial sphere into many small partitions. In star mapping, guide stars are searched in the partitions near the direction of star sensor's boresight is not in the whole celestial sphere and therefore reduced the total number of searched guide stars. The software and hardware performance of tracking algorithms are simulated. Tracking robustness and the tracking speed comparison are tested in the software simulation. In hardware tests, the tracking time in every step is obtained.     

Geometric voting algorithm for star trackers

We present an algorithm for recovering the orientation (attitude) of a satellite-based camera. The algorithm matches stars in an image taken with the camera to stars in a star catalogue. The algorithm is based on a geometric voting scheme in which a pair of stars in the catalogue votes for a pair of stars in the image if the angular distance between the stars of both pairs is similar. As angular distance is a symmetric relationship, each of the two catalogue stars votes for each of the image stars. The identity of each star in the image is set to the identity of the catalogue star that cast the most votes. Once the identity of the stars is determined, the attitude of the camera is computed using a quaternion-based method. We further present a fast tracking algorithm that estimates the attitude for subsequent images after the first algorithm has terminated successfully. Our method runs in comparable speed to state of the art algorithms but is still more robust than them. The system has been implemented and tested on simulated data and on real sky images.     

星点图像的目标提取算法研究

对于星点灰度重心法等亚像素提取算法来说,需要提取星点区域内的每一个像素。基于扫描的边界搜索法只能获取目标的边界像素,文中对其进行了扩展,通过判断边界像素中最大最小行列数来确定目标区域的具体范围,从而提取目标区域内的每一个像素。针对大视场星点图像目标范围小、相互间距离远的特点,为减小计算量,提出了基于视框搜索的目标提取算法。通过实验证明,基于视框的算法在计算量上比基于边界搜索的算法减少3/4。     

高速飞行弹箭目标表面动态热辐射

针对红外系统实时跟踪捕获高速飞行弹箭目标的关键问题,提出了一种用于求解其全弹道动态红外辐射（IR）特性的方法.以典型155mm口径无控弹箭为研究对象,基于Simulink建立了模块化的6自由度(DOF)刚体弹道仿真模型,数值计算并分析了弹道诸元的变化规律.应用热网络法建立了弹体表面耦合换热动态热辐射场的物理模型,推导了弹箭高速旋转飞行的气动加热计算模型,并利用蒙特卡洛(M-C)法考虑了环境热辐射的影响.运用Runge-Kutta法耦合求解节点热平衡方程组,得到了动态气动表面传热系数、温度场以及红外辐射场的分布规律,对比分析了目标在整个飞行过程、不同部位、不同波段内的红外辐射特征.结果表明:目标发射后,其表面温度迅速升高,越靠近弹头部,温度升高速率越快,峰值温度越高；在飞行前20s内,其红外辐射特征明显；随着飞行速度衰减,热量散失较快,辐射强度较弱,且主要集中于8～14μm波段.      

白天大气层内星敏感器观星能力分析

利用星敏感器进行白天大气层内观星,首先要解决的问题是强天空背景的干扰。通过对白天天空背景和不同光谱恒星的特点进行分析,提出了光谱滤波和偏振成像加形态学滤波和多帧图像累加的技术路线,综合利用光学方法和图像处理方法提高观测对比度和信噪比。给出了白天观星的信噪比模型,并在不同天空背景偏振度条件下,得出了G、K、M光谱恒星的0至5等星的单帧图像信噪比和对应的使CCD(Charge Coupled Device,电荷耦合器件)接近饱和的极限曝光时间。结果表明:星等值越低,天空背景偏振度越大,则信噪比越高;同等条件下,信噪比由小到大依次为G、K、M光谱恒星;而对于低信噪比的图像,通过多帧累加后可满足观测的要求。     

弹头突防技术与实现

在介绍了弹头的突防技术的基础上,通过计算探讨了实现突防措施及破坏防御的目标拦截技术。提出了远程弹道导弹突防的策略,分析了现阶段可采用的技术手段。     

双弹头牵连体再入动稳定性分析

双弹头牵连体再入过程的动稳定性分析是有关工程设计中的重要环节。依据六自由度弹道方程 ,建立了双弹头牵连体再入的动力学模型 ,利用弹道与气动力的耦合 ,初步分析了双弹头牵连体再入的动稳定特性。计算结果表明 ,绳索牵连减弱了弹头再入的动稳定性 ,由动稳定弹头组成的双弹头牵连体在某些条件下可能出现打转、横飞等动不稳定现象。